Ciclo de vida biológico

En biología , un ciclo de vida biológico (o simplemente ciclo de vida cuando el contexto biológico es claro) es una serie de etapas de la vida de un organismo, que comienza como un cigoto, a menudo en un huevo, y concluye como un adulto que se reproduce, produciendo una descendencia en forma de un nuevo cigoto que luego pasa por la misma serie de etapas, repitiéndose el proceso de manera cíclica.

"El concepto está estrechamente relacionado con los de historia de vida, desarrollo y ontogenia , pero difiere de ellos en que enfatiza la renovación". ^{[1] [2]} Las transiciones de forma pueden involucrar crecimiento, reproducción asexual o reproducción sexual .

En algunos organismos, diferentes "generaciones" de la especie se suceden unas a otras durante el ciclo de vida. En el caso de las plantas y muchas algas , hay dos etapas multicelulares, y el ciclo de vida se denomina alternancia de generaciones . El término historia de vida se utiliza a menudo, en particular para organismos como las algas rojas , que tienen tres etapas multicelulares (o más), en lugar de dos. ^[3]

Los ciclos de vida que incluyen reproducción sexual implican la alternancia de etapas haploides ( n ) y diploides (2n ) , es decir, se produce un cambio de ploidía . Para volver de una etapa diploide a una etapa haploide, debe producirse la meiosis . En cuanto a los cambios de ploidía , existen tres tipos de ciclos:

• ciclo de vida haplóntico : la etapa haploide es multicelular y la etapa diploide es de una sola célula, la meiosis es "cigótica".
• ciclo de vida diploide — la etapa diploide es multicelular y se forman los gametos haploides, la meiosis es "gamética".
• ciclo de vida haplodiplóntico (también denominado ciclo de vida diplohaplóntico , diplobiónico o dibiónico ): ocurren etapas diploides y haploides multicelulares, la meiosis es "espórica".

Los ciclos difieren en el momento en que se produce la mitosis (crecimiento). La meiosis cigótica y la meiosis gamética tienen una etapa mitótica: la mitosis ocurre durante la fase n en la meiosis cigótica y durante la fase 2n en la meiosis gamética. Por lo tanto, la meiosis cigótica y la meiosis gamética se denominan colectivamente "haplobiónicas" (fase mitótica única, que no debe confundirse con haplóntica). La meiosis esporádica, por otro lado, tiene mitosis en dos etapas, tanto la etapa diploide como la haploide, denominadas "diplobiónicas" (que no deben confundirse con diplónticas). ^{[ cita requerida ]}

El estudio de la reproducción y el desarrollo de los organismos fue realizado por muchos botánicos y zoólogos.

Wilhelm Hofmeister demostró que la alternancia de generaciones es una característica que une a las plantas y publicó este resultado en 1851 (ver sexualidad de las plantas ).

Algunos términos (haplobionte y diplobionte) utilizados para la descripción de los ciclos de vida fueron propuestos inicialmente para las algas por Nils Svedelius, y luego se utilizaron para otros organismos. ^{[4] [5]} Otros términos (autogamia y gamontogamia) utilizados en los ciclos de vida de los protistas fueron introducidos por Karl Gottlieb Grell. ^[6] La descripción de los ciclos de vida complejos de varios organismos contribuyó a la refutación de las ideas de la generación espontánea en las décadas de 1840 y 1850. ^[7]

La meiosis cigótica es la meiosis de un cigoto que se produce inmediatamente después de la cariogamia , que es la fusión de dos núcleos celulares . De esta manera, el organismo finaliza su fase diploide y produce varias células haploides. Estas células se dividen mitóticamente para formar individuos multicelulares más grandes o más células haploides. Dos tipos opuestos de gametos (por ejemplo, masculino y femenino) de estos individuos o células se fusionan para formar un cigoto.

En todo el ciclo, los cigotos son la única célula diploide; la mitosis ocurre sólo en la fase haploide.

Los individuos o células resultantes de la mitosis son haplontes, de ahí que este ciclo de vida también se denomine ciclo de vida haplóntico. Los haplontes son:

• En los arqueoplastidos : algunas algas verdes (por ejemplo, Chlamydomonas , Zygnema , Chara ) ^{[8] [9]}
• En stramenopiles : algunas algas doradas ^{[8] [9]}
• En alveolados : muchos dinoflagelados , por ejemplo, Ceratium, Gymnodinium, algunos apicomplejos (por ejemplo, Plasmodium ) ^[10]
• En los rizarios : algunos euglifos , ^[11] ascetosporeos
• En las excavaciones : algunos parabasálidos ^[12]
• En los amebozoos : Dictyostelium ^{[8] [9]}
• En opistocontos : la mayoría de los hongos (algunos quitridios , zigomicetos , algunos ascomicetos , basidiomicetos ) ^{[8] [9] [13]}

En la meiosis gamética, en lugar de dividirse inmediatamente meióticamente para producir células haploides, el cigoto se divide mitóticamente para producir un individuo diploide multicelular o un grupo de células diploides más unicelulares. Las células de los individuos diploides luego experimentan meiosis para producir células haploides o gametos . Las células haploides pueden dividirse nuevamente (por mitosis) para formar más células haploides, como en muchas levaduras, pero la fase haploide no es la fase predominante del ciclo de vida. En la mayoría de los diplontes, la mitosis ocurre solo en la fase diploide, es decir, los gametos generalmente se forman rápidamente y se fusionan para producir cigotos diploides. ^[14]

En todo el ciclo, los gametos suelen ser las únicas células haploides y la mitosis suele ocurrir sólo en la fase diploide.

El individuo pluricelular diploide es un diplonte, por lo que la meiosis gamética también se denomina ciclo de vida diplonte. Los diplontes son:

• En los arqueoplástidos : algunas algas verdes (por ejemplo, Cladophora glomerata , ^[15] Acetabularia ^{[8] [9]} )
• En las stramenopiles : algunas algas pardas (las Fucales , sin embargo, su ciclo de vida también puede interpretarse como fuertemente heteromórfico-diplohaplóntico, con una fase gametofítica altamente reducida, como en las plantas con flores ), ^[16] algunas xantofitas (p. ej., Vaucheria ), ^[17] la mayoría de las diatomeas , ^[12] algunos oomicetos (p. ej., Saprolegnia , Plasmopara viticola ), ^{[8] [9]} opalinas , ^[12] algunos " heliozoos " (p. ej., Actinophrys , Actinosphaerium ) ^{[12] [18]}
• En alveolados : ciliados ^[12]
• En las excavaciones : algunos parabasálidos ^[12]
• En opistocontos : animales, algunos hongos (por ejemplo, algunos ascomicetos ) ^{[8] [9]}

En la meiosis espórica (también conocida comúnmente como meiosis intermedia), el cigoto se divide mitóticamente para producir un esporofito diploide multicelular . El esporofito crea esporas a través de la meiosis que luego también se dividen mitóticamente produciendo individuos haploides llamados gametofitos . Los gametofitos producen gametos a través de la mitosis. En algunas plantas, el gametofito no solo es pequeño sino que también tiene una vida corta; en otras plantas y en muchas algas, el gametofito es la etapa "dominante" del ciclo de vida. ^[19]

Los haplodiplontes son:

• En los arqueoplastidos : algas rojas (que tienen dos generaciones de esporofitos), algunas algas verdes (por ejemplo, Ulva ), plantas terrestres ^{[8] [9]}
• En stramenopiles : la mayoría de las algas pardas ^{[8] [9]}
• En los rizarios : muchos foraminíferos , ^[12] plasmodioforomicetos ^{[8] [9]}
• En los amebozoos : mixogástridos
• En opistocontos : algunos hongos (algunos quitridios , algunos ascomicetos como la levadura de cerveza ) ^{[8] [9]}
• Otros eucariotas: haptofitos ^[12]

Algunos animales tienen un sistema de determinación sexual llamado haplodiploide , pero éste no está relacionado con el ciclo de vida haplodiploide.

Algunas algas rojas (como Bonnemaisonia ^[20] y Lemanea ) y algas verdes (como Prasiola ) tienen meiosis vegetativa, también llamada meiosis somática, que es un fenómeno raro. ^[21] La meiosis vegetativa puede ocurrir en ciclos de vida haplodiplónticos y también en diplónticos. Los gametofitos permanecen unidos y forman parte del esporofito. Las células diploides vegetativas (no reproductivas) experimentan meiosis, generando células haploides vegetativas. Estas experimentan muchas mitosis y producen gametos.

Un fenómeno diferente, llamado diploidización vegetativa, un tipo de apomixis , ocurre en algunas algas pardas (por ejemplo, Elachista stellaris ). ^[22] Las células en una parte haploide de la planta duplican espontáneamente sus cromosomas para producir tejido diploide.

Los parásitos dependen de la explotación de uno o más huéspedes . Aquellos que deben infectar a más de una especie huésped para completar sus ciclos de vida se dice que tienen ciclos de vida complejos o indirectos. Dirofilaria immitis , o el gusano del corazón, tiene un ciclo de vida indirecto, por ejemplo. Las microfilarias deben ser ingeridas primero por un mosquito hembra, donde se desarrollan hasta la etapa larvaria infecciosa . Luego, el mosquito pica a un animal y transmite las larvas infecciosas al animal, donde migran a la arteria pulmonar y maduran hasta convertirse en adultos. ^[23]

Los parásitos que infectan a una sola especie tienen ciclos de vida directos. Un ejemplo de un parásito con un ciclo de vida directo es Ancylostoma caninum , o anquilostoma canino. Se desarrollan hasta la etapa larvaria infecciosa en el medio ambiente, luego penetran directamente en la piel del perro y maduran hasta convertirse en adultos en el intestino delgado . ^{[24] [ verificación requerida ]}

Si un parásito tiene que infectar a un huésped determinado para completar su ciclo de vida, se dice que es un parásito obligado de ese huésped; a veces, la infección es facultativa : el parásito puede sobrevivir y completar su ciclo de vida sin infectar a esa especie de huésped en particular. A veces, los parásitos infectan a huéspedes en los que no pueden completar sus ciclos de vida; estos son huéspedes accidentales.

El huésped en el que los parásitos se reproducen sexualmente se conoce como huésped definitivo, final o primario. En los huéspedes intermedios, los parásitos no se reproducen o lo hacen de forma asexual, pero el parásito siempre se desarrolla hasta una nueva etapa en este tipo de huésped. En algunos casos, un parásito infecta a un huésped, pero no experimenta ningún desarrollo; estos huéspedes se conocen como huéspedes paraténicos ^[25] o huéspedes de transporte. El huésped paraténico puede ser útil para aumentar la probabilidad de que el parásito se transmita al huésped definitivo. Por ejemplo, el gusano pulmonar del gato ( Aelurostrongylus abstrusus ) utiliza una babosa o un caracol como huésped intermedio; la larva de primera etapa ingresa al molusco y se desarrolla hasta la larva de tercera etapa, que es infecciosa para el huésped definitivo, el gato. Si un ratón se come la babosa, la larva de tercera etapa ingresará a los tejidos del ratón, pero no experimentará ningún desarrollo. ^{[ cita requerida ]}

El tipo primitivo de ciclo de vida probablemente tenía individuos haploides con reproducción asexual. ^[12] Las bacterias y las arqueas exhiben un ciclo de vida como este, y algunos eucariotas aparentemente también lo hacen (por ejemplo, Cryptophyta , Choanoflagellata , muchos Euglenozoa , muchos Amoebozoa , algunas algas rojas, algunas algas verdes , los hongos imperfectos , algunos rotíferos y muchos otros grupos, no necesariamente haploides). ^[26] Sin embargo, estos eucariotas probablemente no sean primitivamente asexuales, sino que hayan perdido su reproducción sexual, o simplemente no se había observado todavía. ^{[27] [28]} Muchos eucariotas (incluidos animales y plantas) exhiben reproducción asexual , que puede ser facultativa u obligada en el ciclo de vida, y la reproducción sexual ocurre con mayor o menor frecuencia. ^[29]

Los organismos individuales que participan en un ciclo de vida biológico normalmente envejecen y mueren, mientras que las células de estos organismos que conectan generaciones sucesivas del ciclo de vida (células de la línea germinal y sus descendientes) son potencialmente inmortales. La base de esta diferencia es un problema fundamental en biología. El biólogo e historiador ruso Zhores A. Medvedev ^[30] consideró que la precisión de los sistemas replicativos del genoma y otros sistemas sintéticos por sí solos no pueden explicar la inmortalidad de las líneas germinales . Más bien, Medvedev pensó que las características conocidas de la bioquímica y la genética de la reproducción sexual indican la presencia de procesos únicos de mantenimiento y restauración de la información en la etapa de gametogénesis del ciclo de vida biológico. En particular, Medvedev consideró que las oportunidades más importantes para el mantenimiento de la información de las células germinales se crean por la recombinación durante la meiosis y la reparación del ADN ; vio estos como procesos dentro de las células de la línea germinal que eran capaces de restaurar la integridad del ADN y los cromosomas de los tipos de daño que causan envejecimiento irreversible en células que no son de la línea germinal, por ejemplo, las células somáticas . ^[30]

La ascendencia de cada célula actual presumiblemente se remonta, en un linaje ininterrumpido durante más de 3 mil millones de años, al origen de la vida . En realidad, no son las células las que son inmortales , sino los linajes celulares multigeneracionales. ^[31] La inmortalidad de un linaje celular depende del mantenimiento del potencial de división celular . Este potencial puede perderse en cualquier linaje en particular debido al daño celular, la diferenciación terminal como ocurre en las células nerviosas o la muerte celular programada ( apoptosis ) durante el desarrollo. El mantenimiento del potencial de división celular del ciclo de vida biológico a lo largo de generaciones sucesivas depende de la prevención y la reparación precisa del daño celular, particularmente el daño del ADN . En los organismos sexuales, la continuidad de la línea germinal a lo largo de generaciones sucesivas del ciclo celular depende de la eficacia de los procesos para evitar el daño del ADN y reparar los daños del ADN que ocurren. Los procesos sexuales en eucariotas brindan una oportunidad para la reparación efectiva de los daños del ADN en la línea germinal mediante recombinación homóloga . ^{[31] [32]}

• Alternancia de generaciones  – Ciclo reproductivo de plantas y algas
• Apomixis  – Sustitución de la reproducción sexual normal por reproducción asexual, sin fecundación
• Haplodiploidía  : sistema biológico en el que el sexo está determinado por el número de juegos de cromosomas.
• Ciclo parasexual  : mecanismo no sexual de transferencia de material genético sin meiosis
• Partenogénesis  – Reproducción asexual sin fecundación
• Metamorfosis : Cambio profundo en la estructura corporal durante el desarrollo postembrionario de un organismo.
• Biología reproductiva  – Rama de la biología que estudia la reproducción.
• Recombinación mitótica  – Tipo de recombinación genética

• van den Hoek, C.; Mann; Jahns, HM (1995). Algas: una introducción a la fisiología . Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 978-0-521-31687-3.

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Ciclos de vida .

• Bonner, John Tyler (1995). Ciclos de vida: reflexiones de un biólogo evolutivo . Princeton University Press. ISBN 978-0-691-00151-7.
• Valero, Myriam; Richerd, Sophie; Perrot, Véronique; Destombe, Christophe (enero de 1992). "Evolución de la alternancia de fases haploides y diploides en los ciclos de vida". Tendencias en ecología y evolución . 7 (1): 25–29. doi :10.1016/0169-5347(92)90195-H. PMID  21235940.
• Mable, Barbara K.; Otto, Sarah P. (1998). "La evolución de los ciclos de vida con fases haploides y diploides". BioEssays . 20 (6): 453–462. doi :10.1002/(sici)1521-1878(199806)20:6<453::aid-bies3>3.0.co;2-n. S2CID  11841044.